光学谐振腔的损耗培训课件

1具/11/20有21 普遍意义。
光学谐振腔的损耗
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光学谐振腔的损耗
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二、损耗的描述
3.用Q—无源腔的品质因数（Q值）描述：
腔内储存的激光能量
Q 2 每秒损耗的激光能量
2
W
W c
2 L c
L
Q 2 R
1 1 1
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Q
Q1
Q光学2谐振腔的损耗
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二、损耗的描述
4.用Δν—无源谐振腔的线宽描述：
c21Rc1c2
a2
a2
2aL
L2 2
a2
a2 2aL
1
1
2L
1
2L
1 (0.61
)
a
a
a
1
1
L
a2
1 1 N1 1/11/2021
式中：
a2 N
L
光学谐振腔的损耗
称为腔的菲涅耳数
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二、损耗的具体计算
4.衍射损耗
由δα的定义，有：
w e 1
w0
1 1
N
ln (1
1 N
)
若 N 1, 则
1 N
N越大，损耗越小，这一结论对各类谐振腔都
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光学谐振腔的损耗
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一、光学谐振腔中的损耗类型
2. 衍射损耗
由光的衍射造成的损耗。 衍射损耗与腔的菲涅耳数（N=a2/Lλ）有关， 与腔的几何参数g有关，而且不同横模的衍射损 耗也各不相同。
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光学谐振腔的损耗
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一、光学谐振腔中的损耗类型
3wk.baidu.com 腔镜反射不完全引起的损耗 4. 其它损耗
包括材料中的非激活吸收、散射，腔内插入 物（如布儒斯特窗、调Q元件、调制器、F-P标准 具等）。
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一、光学谐振腔中的损耗类型
前两种损耗为选择性损耗，由积分方 程本征值所决定；
后两种损耗为非选择性损耗。
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二、损耗的描述
1. 用δ—平均单程损耗因子描述
设I0—初始光强， I1—经过无源腔往返一次后的光强。
则
I1 I0e 2 1 ln I 0
2 I1
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二、损耗的描述
当δ很小时，
I0 1 I1
lnI0 ln[1(1I0)] (1I0)I0I1
I1
I1
I1
I1
I0I1 I0
1 I0 I1
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2
I0
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二、损耗的描述
若损耗由多种因素引起，则有：
I1 I0 e 2 1 e 2 2 e 2 3 I0 e 2 总
总12 3
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二、损耗的描述
2.用τR—无源腔中光子的平均寿命描述：
腔内t时刻的光子数为
q(t)q0etR q0ecLt
式中
4个参量（δ、τR、Q、ΔνC）是等价的， 知道其一，就知道其余
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二、损耗的具体计算
1.由腔镜反射不完全引起的损耗
I1I0r1r2e2GLI0r1r2(G0,无 源 腔 ） I0e2r
r 1 2ln(r1r2)
当r1=1，r2=r≈1时
ln(r1r2)lnrln[1(1r)] (1r)
L
表示单位长度上的损耗，c
表示光在介质
中单位时间所通过的长度，所以 c 表示通过介
L
质单位时间的损耗。可见：
R
L c
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二、损耗的描述
2.用τR—无源腔中光子的平均寿命描述：
如果寿命是由多种因素引起的：
1 R c L c L(1 2 ) 1 R 1 1 R 2
光学谐振腔中的损耗
损耗大小是评价谐振腔的一个重要指 标，也是腔模理论的重要研究课题。
本节讨论无源（增益G=0）开腔的各 种损耗及其计算。
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一、光学谐振腔中的损耗类型
1. 几何偏折损耗
光线在腔内往返传播时，可能从腔的侧面偏 折出去，这种损耗称为几何偏折损耗。
几何偏折损耗与腔型、模次的高低有关。
m(
D
1
)2
2L
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二、损耗的具体计算
3.腔镜倾斜时的几何损耗
设光线经m次往返逸出腔外
mt0
m 2L
c
代入得：
c
(
2
DL
)
1 2
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二、损耗的具体计算
4.衍射损耗
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二、损耗的具体计算
4.衍射损耗
r
1(1r) 2
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二、损耗的具体计算
2.平行平面腔中斜向传播波型的几何损耗
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二、损耗的具体计算
2.平行平面腔中斜向传播波型的几何损耗
设光线经m次往返逸出腔外
m L 2 D ( 甚 小 ）
m D 2 L
m t0
m
2L c
孔径为2a的平行平面腔等效 于孔径为2a的孔阑传输线，衍射 的第一极小值出现在
1.22 0.61 的方向
2a
a
忽略第一暗环以外的光；
假设中心亮斑内光强均匀分布。
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二、损耗的具体计算
4.衍射损耗
设 W0—总光能； W---射入第二孔径内的光能。
w w0
a2 a(a L )2
D 2 L
2L c
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D c 光学谐振腔的损耗
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二、损耗的具体计算
3.腔镜倾斜时的几何损耗
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二、损耗的具体计算
3.腔镜倾斜时的几何损耗
设光线经m次往返逸出腔外
L2 L6 L10 L(2m1)2 D
2L[135(2m1)] D
2Lm2 D